Способ генерации импульсов аннигиляционных гамма-квантов и устройство для его осуществления

(5)5 Н 05 Н ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ТЕЛЬСТ ОРСКОМУ С ции мощных поией квантов до льт, заключаю- ысокихэнергий Известен способ гене токов у -излучения с эн нескольких мегаэлектро щийся атом, что электрон СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ И ГКНТ СССР(71) Институт атомной энергии им. И,В,Курчатова(56) Ионас Д.Ж. Термоядерная энергия ипучки заряженных частиц, - УФН, 1981,т. 133, с, 159,Кумахов М,А. Излучение каналированных частиц в кристаллах. - М.: Энергоиздат,1986, с. 9 - 15.Гольданский В,И. Химическая физикапозитрона и позитрония, - М,: Наука, 1968,с. 121-123.(54) СПОСОБ ГЕНЕРАЦИИ ИМПУЛЬСОВАННИГИЛЯЦИОН НЫХ ГАММА-КВАНТОВИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к генерации потоков гамма-квантов и может быть применено в термоядерных исследованиях. Цельизобретения -увеличение плотности потокагамма-квантов и спектральной плотностиизлучения, Способ осуществляют посредством накопления позитрон-электронной плазИзобретение относится к генераци потоков гамма-квантов, а также к термоядерным исследованиям, в частности к си стемам удержания горячей плазмы в вид прямых ловушек с магнитными зеркалам (пробкотроны). мы в магнитной ловушке типа пробкотрон. Источником позитронов служит радиоактивный изотоп меди 2 дСц с удельной ак 64тивностью 10 - 1014 распад/с.г. и периодом полураспада 12,88 ч, установленным в одной из пробочных горловин магнитной ловушки. Использованием в каждом цикле накопления позитрон-электронной плазмы нарастающего во времени магнитного поля достигается время удержания ее в пределах 1 - 10 с. Во второй горловине магнитной ловушки и соосно ей установлена дополнительная катушка, открывающая эту горловину и подключенная так, что направление ее магнитного поля противоположно направлению основного поля пробочной катушки, а суммарная величина напряженностей этих полей равна или меньше квазистационарного поля в центре ловушки, После открытия ловушки поток позитрон-электронной плазмы направля-,Я ют на конвертор. Изобретение позволяет получать импульсы аннигиляционных уквантов с энергией около 0,511 МэВ и плотностью потока мощности в пределах 1.0в 10 Вт/см . 2 с.пф-лы, 1 ил. от сильноточного ускорителя электронов типа "Аврора" направляются на мишень и, взаимодействуя с ней, конвертируются в поток тормозного излучения мощностью до 10 Вт/см .Недостатком способа является широкий спектр частот, в котором генерируются у-кванты, что приводит к низкой спектральной плотности излучения, а также необходимость создания сложной и энергоемкой установки,Известен способ создания потоков уизлучения с высокой спектральной плотностью, заключающийся в использовании эффекта изучения высокоэнергетических электронов или позитронов при каналировании в кристаллах.Недостатком способа является низкая плотность потока излучения и значительные размеры установки.Известен способ генерации слабых потоков аннигиляционных у-квантов, заключающийся в том, что позитроны от изотопного источника (наиболее распространен Ма ), не подвергаясь магнитному удержанию и накоплению, прямо направляются на образец, где аннигилируют с излучением у -квантов.Недостатком указанных способа и устройства является низкая интенсивность излучения, ограничивающая область применимости способа исключительно диагностическими задачами,Цель изобретения - увеличение плотности потока аннигиляционных -квантов и спектральной плотности излучения,Для достижения указанной цели в способе, включающем получение потока позитронов от изотопного источника и направление этого потока нз исследуемый образец, являющийся при этом конвертором, в качестве изотопного источника используют радиоактивный изотоп, имеющий период полураспада (х 62), много больший времени удержания плазмы в ловушке, определяемый в пределах 1 - 10 с и облаающий наведенной Р -активностью 10 1014 расп./с.г., а испускаемые источником позитроны инжектируют в обьем ловушки, находящийся под воздействием магнитного поля пробочной конфигурации, удерживают и накапливают в ловушке релятивистскую электрон-поэитронную плазму до достиже 10 12 -3 ния плотности в пределах 10 - 10 см и, включив встречное магнитное поле в зоне свободной горловины магнитной ловушки такое, что, результирующая от него и стационарного поля в зоне горловины совпадает с квазистационарным полем в центре лоВушки Вдоп.квт, -Йпробки+ Вцептр ловушки а време нарастания встречного магнитного поля, определяющее время открытия ловушки, оринимается в интервале1- СХоткр СХу тгде 1. - длина ловушки;ч - характерная скорость частиц плазмы,ОтКР 1 тВаЮт ЛОВУШКУ И НаПРаВЛЯЮт СГУСТОК позитрон-электронной плазмы на конвертор иэ материала, обеспечивающего максимальный выходу-квантов, при выполненииусловийЛ+СЬкССЛ5 где Л+, Л - длины пробегов позитронови у-квантов в принятом материале;Й - толщина конвертора,Изотопный источник позитронов, используемый в предлагаемом способе, изготав 10 ливают из изотопа меди 2 дСО, имеющего64период полураспада х 1 П = 12,88 ч, Дляпридания меди 2 дСцудельной радиоактивности 10 - 10 распад./,с.г, ееоблучают потоком тейловых нейтронов15 плотностью 5 1014 - 5 105 см свтечение 30 - 50 ч. При этом массу изотопного источника принимают в пределах 1 -100 г.В способе имеется возможность адиабатического сжатия облака релятивистской плазмы нарастающим во временимагнитным полем с целью дополнительного повышения ее устойчивости. При этомскорость нарастания Н определяется соот 25 ношениемдН п 1 т - эНмакс(Г т) Х уЙгде Нмвкс (гд) - максимально достижимоезначение магнитного поля в точке г;ху- время удержания плазмы в ловушке,Предельная плотность релятивистскойпозитрон-электронной плазмы ппред, получаемой предлагаемым способом,. составляет 101 О - 10 см . При этом справедливосоотношениеАХу- ппред Ч,где А. - активность изотопного источника;Ч - обьем магнитной ловушки.Конвертор, представляющий собойфольгу иэ материала с малым коэффициентом отражения электронов и позитронов отповерхности, имеющую толщину Й большедлины пробега позитронов, но много мень 45 ше длины пробега аннигиляционных уквантовЛЬс Л 3 с фгде позитроны аннигилируют.Если плотность + потока позитронов50 удовлетворяет условиюОплвв йр + ппредчФУ Пт ХоткКЗЛ 55 где Оплввл, -удельная теплота плавлеГ ния матери ла онвертора; Р (г/смз) - его плотность; в - масса покоя позитрона; у - релятивистский фактор,то материал испаряется и представляет собой плотную, холодную, слабоионизованную плазму,Ее температура определяется из условия 5 ад - посто 4 где о=5,67 10 янная СтефанаСтепень мо тов определяетсЬр ВТо Вт см ольцмана.охроматичност тогда из услов-кв но использовать известное устройство, коммутации токов. При этом выбор толщины фольги медного источника связан с ус 15.где ЛР и р - ширина спектральной линиии частота у-кванта соответственно.В = 1,38 10 6 эрг/град. - постояннаяБольцмана,Источник дает излучение в телесныйугол 4 й-стерадиан.Для осуществления предлагаемогоспособа генерации аннигиляционных у -квантов можно использовать устройство,состоящее из источника позитронов в видеизотопного источника и конвертора, в котором источник позитронов выполнен в видемагнитной ловушки типа пробкотрон,включающей вакуумную камеру, магнитную систему удержания плазмы, с магнитным полем в центре в пределах 5 - 15 кГси проСочным отношением от 3 до 5, систему создания вакуума и излучатель позитронов в виде экрана, изгртовленного измедной фольги толщиной 10 - 10 см,активированной потоком тейловых нейтронов до получения наведенной 3+ -активности в пределах 10 - 10 распад./с,г.установленного в зоне одной из пробочныхгорловин магнитной ловушки, перпендикулярно ее продольной оси, вторая пробочная горловина ловушки, кроме катушкиосновного пробочного магнитного поля,имеет дополнительную катушку, концентрично ей расположенную и создающую про. тивоположное по направлению магнитноеполе такой величины, что сумма напряженностей этих магнитных полей в окрестностиоси ловушки совпадает или меньше напряженности квазистационарного магнитногополя в центре ловушки. Для включения дополнительной катушки и поддержания длительности импульса тока через нее,определяющей длительность открытия ло 1вушки тоткр. в пределах -тоткрху мож- ч ловием отсутствия самопоглощения позитронов в источнике и соответственно при указанной активности 10 - 10 распад,/с.г. условия его нерасплавления.На чертеже схематически изображено устройство, с помощью которого можно осуществить предлагаемый способ,Устройство содержит вакуумную камеру 1 магнитной ловушки, источник 2 позитронов, катушки 3 для создания пробочного магнитного поля, дополнительную катушку 4, источник 5 питания дополнительной катушки, конвертор 6, облако 7 релятивистской электрон-позитронной плазмы и магнитные силовые линии 8.Способ осуществляют следующим образом.С помощью вакуумных агрегатов откачивают объем магнитной ловушки до давления Р = 10 торр, с помощью дистанционного механизма устанавливают изотопный источник 2 в зоне одной из пробочных горловин ловушки и, включив питание основных катушек 3 магнита, осуществляют процесс накопления позитронов в стационарном или растущем во времени магнитном поле. После этого включают дополнительную катушку 4, которая открывает другую горловину ловушки, и выпускают сгусток 7 электрон-позитронной плазмы на конвертор, где и генерируется импульс у -излучения.Конкретная реализация предлагаемого изобретения осуществляется следующим образом.Из материала гдСо ., облученного в ядерном реакторе в течение 30 - 50 ч, изготавливают иэотопный источник гдСо (имеющий период полураспада 12,88 ч) в виде фольги толщиной не более длины пробега позитрона (- 10 см) При заданных размерах поверхности источника, равной 0,1 - 0,2 м, и при средней плотностигпотока нейтронов на исходную заготовку, равной 5 10 см с, получается изотоп с активностью 10 распад./с.г. Если характерное время удержания релятивистской электрон-позитронной плазмы околов 1 - 10 с", в ловушке накапливается 10 - 10 позитронов,Предельная плотность, при которой возможно длительноег удезожание плазмы, составляет до 10 см , откуда объем плазмы 1,0 - 0,01 м3Конвертор изготавливают из легкого металла например алюминия. Его площадь должна быть не менее площади сечения дополнительной катушки, а толщина материала 10 г - 10 см.Включение дополнительной катушки и вывод позитронов на конвертор осуществляется после достижения максимального зап ол нения ловуш ки позитрон ам и. При этом дополнительная катушка может обес печить открывание ловушки и истечение из нее плазмы за время х - 10 с.-6 -5Использование изобретения позволяет создать технически простые, компактные источники монохроматического у излучения с энергией квантов около 0,511 МэВ и плотностью потока мощности до 10 - 10 Вт/см . Формула изобретения 15 1. Способ генерации импульсов аннигиляционных гамма-квантов, включающий получение потока позитронов из изотопного источника и направление его на конвертор, преобразующий падающий поток 20 позитронов в аннигиляционное излучение гамма-квантов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения плотности потока аннигиляционных гамма-квантов и спектральной плотности излучения, в качестве 25 позитронного источника используют Р радиоактивный изотоп с наветренной удельной активностью 10 д - 10 распад./с.г. и массой 1 - 100 г поток позитронов, имеющих характерную скорость ч, и электронов, испускаемых этим источником, направляют в магнитную ловушку пробочной конфигурации длинойс пробочным отношением в пределах 3 - 5 и величиной магнитного поля в центре ловушки в пределах 5 - 15 кГс, нде накапливают позитроны в составе позитрон-электронной плазмы с плотностью 10 - 10 см и с временем гу удержания 1 - 10 с, затем открывают ловушку за время Очтту путем уменьшения величины магнитного поля в одной из горловин магнитной ловушки, а образовавшийся поток позитрон-электронной плазмы из открытой горловины ловушки направляют на конвертор, при этом материал источника позитронов выбирают из условия, что его период полураспада должен быть больше времени удержания позитрон-электронной плазмы в магнитной ловушке,2, Устройство для генерации импульсов аннигиляционных гамма-квантов, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что используют источник позитронов в виде плоской фольги толщиной, меньше длины пробега в ней позитронов из,Я-активного изотопа меди рэСц и устанавливают его перпендикулярно и соосно с магнитным полем ловушки в одной из его горловин, вторую горловину ловушки открывают за время г= 10 6 - 10 с с помощью соосной с ловушкой дополнительной магнитной катушки, установленной во второй горловине ловушки путем создания встречного основному удерживающему магнитному полю дополнительного магнитного поля, равного по величине разности величин магнитных полей в горловине и центре ловушки, а поток позитрон-электронной плазмы из этой горловины направляют на конвертор, выполненный в виде пластин из алюминия, или бериллия, или титана, толщиной й в пределах Ь.йА, где Я+, А - . длины пробегов позитронов и гамма-квантов в материале конвертора,1723677 Составитель Г. ШергиМ. Кобылянская Техред М.Моргентал Реда орректо оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 аз 1070 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5